摘要：USB 資料採集控制器使用於 PC-Based 的系統，由於其使用方便性和高性 價比，它已經佔領了原來資料採集控制卡的一大部分市場，不但在 OEM 裝置中 得以廣泛應用，而且在很多場合取代傳統的 PLC 系統，應用於工業控制。本文 將以 LabJack U12 為例，介紹如何正確地在工業過程控制中使用 USB 資料採集 控制器。

其它LabJack 資料採集卡也適用：

labjack U12 資料採集卡

1. USB 資料採集控制器簡介
   LabJack U12 是一個多功能 USB 資料採集控制器，它在同類產品中價效比最高。 具有 8 個模擬輸入通道，2 個模擬輸出通道和 20 個可程式設計數字輸入輸出通道。 它已被廣泛地應用於實驗/試驗裝置、自動測試裝置、及其它 PC-Based 系統中。 是一個理想的 OEM 部件。

它還越來越多地應用於工業過程控制中。由它組成的 PC-Based 系統有所有 PC-Based 系統所固有的優點，如系統開發週期短，系統變更容易，使用者介面漂 亮、易操作，可以進行過程監視、報警、記錄、列印，可以利用計算機的計算能 力實現各種 PLC 無法實現的控制演算法來進行復雜的過程控制，以及其他等等優 點。結合本公司為其配置了其它各種外圍裝置和組態軟體，系統開發更為簡單、 快速，其應用場合更加廣泛。

本文將介紹以 LabJack U12 組成的控制系統以及所需要注意的方面，在其基礎上 介紹如何擴充套件系統的規模和需要的模組，然後著重介紹如何使用冗餘技術來提高 系統的執行可靠性。

2. 系統的組成
   2.1 單個 LabJack U12 系統
   一些簡單的控制系統只需要一個 LabJack U12。其系統組成如圖 1 所示。其中 U12
   由計算機通過 USB 供電，所有的輸入輸出口都可以在 U12 本身和 CB25 板上接入和接出。這樣的系統十分簡單，被大多數 OEM 裝置所採用。
   

圖 1：單個 LabJack U12 系統

2.2 系統擴充套件
對於大多數工控系統來說，單個 LabJack U12 的輸入輸出口是不夠的，因此係統 需要進行擴充套件。使用 USB 集線器可以十分方便地把整個系統擴充套件到一個很龐大 的系統。一臺計算機可以連線多達 80 臺 LabJack U12，USB 的集線器可以一層 層地級聯。系統的擴充套件拓撲圖如圖 2 所示。如果所使用的 USB 集線器是 1 出 4 的，擴充套件後的系統就可以連線 16 個 LabJack U12。如果是 1 出 8 的集線器，那麼 擴充套件後的系統會有 64 個 LabJack U12。

圖 2：系統擴充套件拓撲圖

2.3 數字口的驅動模組
在工控系統中，數字輸出常常用來控制繼電器或中間繼電器，而中間繼電器再控 制接觸器以控制電氣裝置。LabJack U12 的數字口輸出驅動能力有限，只能驅動 TTL 閘電路或 LED，無法直接驅動繼電器線圈；而且其輸出的電平是 5V 和工控 上常用的 24V 不相容。因此數字輸出需要接到一個驅動模組 OD25。

OD25 和 LabJack U12 的連線主要是通過一根 DB25 線。它為 LabJack U12 所有 的數字口提供了驅動，驅動電壓可達 50V，驅動電流可達 500 毫安，可同時直接驅動多個繼電器（如果有必要的話）。因此 OD25 在工控系統中一般是必不可少 的。

OD25 還提供了其它模組和 LabJack U12 的連線。一般來說它的另一個 DB25 插 座連線到 CB25 或 OI25，作為數字輸入的接線板。當數字輸入為高時，OD25 上 的相應數字位的 LED 會點亮，該 LED 顯示在系統除錯和程式除錯中十分有用。 使用 OD25 的系統如圖 3 所示。

圖 3：使用數字驅動模組的系統簡圖

2.4 CB25 和 OI25 模組
CB25 只是一個接線板，提供了 D0-D15 的數字口的接線柱，數字口的輸入輸出 方向是由軟體決定的，因此如果數字輸入口不需要隔離的話，用 CB25 即可。

OI25 是數字輸入口光電隔離模組。光電隔離的應用情況比較複雜，採用怎樣的 隔離完全取決於訊號的來源（如是否有被雷擊的危險，是否來自不同的電系統）、 訊號的性質（交流或直流），以及系統在這方面的要求。而且必須指出的是如果 採用隔離，必須對整個系統進行考慮，而不該僅僅考慮數字口的隔離，如 485 通訊口是否有隔離，模擬訊號是否有隔離等等。在這方面常常存在一些誤區，但 在這裡我們就不做詳細說明了。下面我們僅介紹不需要隔離的系統應用，但這並 不說明 LabJack 組成的系統在隔離方面有任何問題或不方便之處。其實和其他任 何系統都一樣，需要隔離的系統要增加隔離模組，系統的成本會隨之大幅增加。
2.5 其它裝置的使用
在工控系統中常有其它裝置，如變頻器和其他儀表。它們和計算機的連線大多數 是通過 485 介面的，是獨立於 LabJack U12 之外的。PC-Based 系統在結構上是單 個處理器的，即所有的資料處理和控制都依賴於 PC 上的處理器，因此在某些對 象的控制上需要引入 DCS 系統的概念，即區域性控制採用單獨的儀表。實時的控 制由儀表或控制器來完成，而 PC 只是在巨集觀上調整儀表的引數、控制目標值等。

LabJack U12 上有計數器，可以用來檢測頻率訊號。如果有許多頻率訊號，可以 採用頻率-電壓變換電路，輸出到模擬輸入口上。對於旋轉編碼器的訊號，可以使用專用儀表，也可以採用本公司的 DSS-FC2 模組。該模組利用音效卡的處理器， 對 PC 的主 CPU 負擔極小，因此效率較高。
2.6 系統軟體
LabJack U12 提供了通用的動態連結庫，所以使用者可以使用任何程式語言。本公 司提供的組態軟體 DAQFactory 卻應該是首選軟體開發平臺，因為該組態軟體包 括了所有免費的 LabJack U12 的驅動程式，使用者在使用該組態軟體時不需要知道 如何對 LabJack U12 進行程式設計，只要在螢幕上進行一些簡單的設定即可，開發周 期會大幅度縮短。www.pc17.com.cn 更詳細